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玻璃配方组成设计与管理

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玻璃配方组成设计与管理

何旭远(五粮液集团环球有限公司,宜宾644007)

摘 要: 玻璃配方组成对产品的理化性质、生产成本和工艺控制均会产生重大的影响,组成设计不当,不但会造成产品质量下降、废品增加、成本提高,而且会给熔制、成形、退火等工艺控制带来严重后果,甚至无法生产,企业的经济效益和信誉将受到极大的损害。文章主要介绍了配方组成优化设计的原理、计算机模拟设计方法、配方的计算、组成的监控与调整。关键词: 玻璃配方; 新品开发; 组成设计与管理

DesignofGlassFormulaCompositionandManagement

HEXu-yuan(TechnologyR&DCenterofGlobalGroupCo,Ltd.WuliangyeGroup,Yibin644007,China)

Abstract: Glassformulacompositionhassignificantimpactonphysicalandchemicalproperties,productioncostandpro-cesscontrol.Ifcompositiondesignisnotadequate,itshallresultinlowproductquality,rejectincreaseandcostrise,andalsoshallbringseriousconsequencetoprocesscontrol,suchasmelting,forming,annealing,etc,andevenproductionstop,caus-ingseriousdamagetoenterpriseeconomicbenefitandcredit.Thisarticleintroducestheprincipleofformulacompositionopt-imizingdesign,methodofcomputersimulationdesign,calculationofformula,monitoringandadjustmentofcomposition.Keywords: glassformula; newproductdevelopment; compositiondesignandmanagement

根据经验、配方,凭直觉建立经验规则的经验性配方设计将使得企业面临2个致命的问题:一是无法将顾客对产品的要求转化为玻璃的性质要求,进而根据性质设计出合理的配方来满足顾客要求。在现代玻璃制造业中这个矛盾尤为突出;二是经验性配方工艺人员个人的经验总结停留在感性阶段,无法从理论上去验证经验总结的正确性,不能及时分析和处理生产中的问题。也正是因为经验的缘故,很难尽快地去改进已有产品的性能。文章详细介绍玻璃配方组成设计的原理及方法、配方及性质计算和应用实例。1 配方组成设计的意义物质的结构决定了它的性质,改变物质结构就可以改变它的性质。玻璃也一样,玻璃的结构决定了玻璃的性质见式(1),玻璃的组成决定了玻璃的结构见式(2)。由此可见,改变玻璃组成可以改变玻璃性质见式(3)。也正是因为这样,可以将顾客对产品的要求转化对玻璃性质要求,进而改变组成,生产出符合顾客要求的产品。Gp=f(Sg)(1)Pi=U(Gp)(2)Gp=U(Pi)(3)式中:Gp为玻璃的性质;f、U为函数形式;Sg为玻璃结构;Pi为玻璃组成。从式(2)中可以看出,Pi与Gp对应关系的非唯一性,也就是说可以有多种组成满足同一性质指标的要求,因为有的性质与组成之间呈简单的加和关系,如密度、折射率等;有的性质与组成之间不呈简单的加和关系,而与玻璃系统中各组分间化学作用9国外建材科技 2008年 第29卷 第4期导致形式结构基团,与离子相互间的键特性有关,如导电率、粘度、表面张力等;还有的性质与外界条件有很大关系,如化学稳定性。那么,在多种组成满足性质要求的前提下,如何选择最佳组成来满足生产需要呢?这就为优化提供了课题。2 配方组成设计的依据2.1 符合环保要求Jonson引用瑞典学者根据环境要求提出了禁用和限制使用的元素,见图1。目前,国内出口欧盟的产品对有毒有害物含量都作了明确规定,如PAR灯和节能灯产品要求玻璃As[100ppm,同时对重金属Cd、Hg、Pb等元素也做了规定。这个要求就只有通过组成设计来实现。

图1 禁止和限制使用元素图 注:1禁止使用元素,2明显减少使用元素,3严格限制使用元素,4限制沉积物最大含量元素,5特殊需要引入的元素。2.2 确保组成在相图中处于玻璃形成区透明玻璃成分必须要在玻璃形成区内,以避免玻璃在熔化、冷却、成形工艺过程中分相和析晶形成产品缺陷;微晶玻璃则要根据产品要求确定晶相及形貌,根据晶相在相图上选择合适的组成。2.3 符合产品质量要求产品的质量要求来源于2个方面,一是产品标准,一是顾客要求。产品质量的影响因素是多方面的,除了与设备、工艺有关外,还与组成设计密切相关,而且有些质量要求必须通过组成设计来解决,如高硼硅酸盐玻璃的膨胀系数、食品包装用产品有毒有害物的含量及浸出量、产品曝光着色等。2.4 符合工艺性能要求在满足产品质量要求的前提下,就得考虑工艺要求,如熔化温度低、澄清均化时间短、熔窑侵蚀小、熔化工艺易掌握、熔化中不产生条纹与结石、温度、粘度与成形方式相适应、退火易于消除应力等。2.5 符合原料选用要求原料选用要求价格低廉、质量稳定、能长期批量供应等。3 配方组成设计方法配方组成设计可分为经验设计与计算机设计。经验设计基本上是完全依靠于经验,根据产品质量要求、理化性质、生产工艺、原料选用、成本及成分等要素在大量的原始文献资料中找出工艺、性质基本符合要求的成分做依据,结合自身工艺条件进行组分计算或试验,择性质最佳、成本最廉的组成投入生产。计算机设计是利用计算机对真实的玻璃成分进行模拟试验,提供实验结果,指导成分设计。由于计算机的发展与普及及现代制造业对产品质量的高要求,经验设计已经存在太多不足,这里重点介绍计算机组成的设计与优选。3.1 计算机组成设计的发展我国计算机组成设计最早是1981年干福熹院士的/电子计算机自动计算玻璃性质与设计玻璃成分0;之后有1985年吴锡其、李立华的/微型计算机辅助设计0;1987年浙江大学将性质和成分设计用于玻璃综合试验;1988年王承遇教授的研究组将计算机用于轻量瓶组成优化设计;1998年笔者与蒋志明开发了/玻璃配方优化设计系统0,成功运用于高硼硅灯饰玻璃、铅晶质玻璃、玻璃熔块、啤酒瓶及白酒瓶配方组成设计。3.2 计算机组成设计方法3.2.1 正交试验方法计算机设计其实现方法有正交试验法和全面实验法。正交试验设计是多因子试验设计中最重要的一种设计方法。它根据因子设计的分式原理,采用由组合理论推导而成的正交表来安排设计试验,并对试验结果进行统计分析的试验方法。根据设计玻璃的组分数目、组成范围及交互作用组分的数目选择合适的正交表安排试验,试验结果进行直观分析和方差分析,根据分析结果确定最优组成设计。3.2.2 全面试验法根据已有经验,选择玻璃设计组成数目和组成大致范围,根据成分与性质间的数学模型进行性质计算,从中选出符合要求的组成。相对于正交试验来讲,此法的计算量很大,但它不受优选组成数目和交互作用组成数目的限制,也正是它的这个特点,使得我们在优选多目标性质时,同一范围内的组成优选成功的几率会更大。3.3 计算机组成优选的实现3.3.1 优选框图,见图2。3.3.2 构建数学模型10国外建材科技 2008年 第29卷 第4期

图2 配方优化设计1)性质计算G=Eigiri(4)式中,G为玻璃的性质;gi为各组分的性质;ri为各组分的摩尔分数。2)目标性质与性质计算值绝对误差最小化$i=(Gi-bi/2)(5)S=Ei$i(6)式中,Gi为第i种性质的计算值;bi为第i种性质的目标值;$i为第i种性质的计算值与目标值的绝对误差;S为i种性质绝对误差之和;$i>0;bi/2为第i中目标性质的平均值。3)成本目标值最小化Sc=EiXiyi(7)式中,Sc为成本计算值;Xi为第i种组分的含量;yi为引入第i种组分原料的成本。4)最优组分优选You=S/Sc(8)You值最大的作为最终优选组成。3.3.3 计算机组成优选的实现1)组成优选选择好目标性质、组分及其范围,运用/玻璃配方优化设计系统0软件的优选功能进行优选,优选结束后显示最优质量百分比组成和最优摩尔百分比组成及优选组成的性质。下面我们以优选目前市场上高硼硅玻璃管、棒的配方组成为例进行演示,见图3。

图3 优选结果见表1,从表1中可以看出,优选组成符合要求,这个组成得到了实验室和生产实践的验证。

表1 组成优选结果氧化物SiO2Al2O3Na2OB2O3K2O氧化物范围/%74.00~80.003.00~3.504.00~5.0012.50~16.500.20~0.50优选结果/%80.043.124.1612.470.21优选的目标性质性质名称膨胀系数密度折射率目标性质范围3.2~3.32.2~2.31.45~1.50优选目标性质4.482.251.4755 2)配方计算组成优选出来后就是根据产品和工艺要求,选择适中的原料进行配合料的制备。各主要原料和辅助原料选用及配料单计算见图4。4 配方管理玻璃的理化性质与其化学组成是相关的,组成的变化必然导致一系列性质的变化,因而对玻璃组成实施有效管理是保证产品性能的重要技术措施。4.1 组成控制类型4.1.1 特性控制根据产品质量要求,对其相关性质进行监控,如高硼硅玻璃的膨胀系数、显像管玻璃的电性能等,由于一个性质的变化必然导致相关性质的变化,所以11国外建材科技 2008年 第29卷 第4期

图4 检测中如果发现有2个以上的特性不受控时即说明产品性能已经存在严重问题,需要及时查找原因以排除组成对产品性能的危害。4.1.2 例行控制例行控制的目的是确保生产在受控状态下稳定进行。组成的例行控制是为了保证产品符合使用要求,检验物理性能测试的正确性;物理性能的控制是为了检验组成的合理性,保证组成设计符合预期的性能要求。企业可根据自己产品的质量要求和工艺情况,制定自己的特性和例行监控计划。4.2 组成控制方法组成分析和性能控制图是比较好的控制手段,它可以连续地反映玻璃组成和特性变化趋势的全部过程,根据控制图曲线的变化对组成进行调整以确保产品性能处于受控状态。控制图的绘制和使用在质量管理中的应用已经非常普遍,在此不再赘述。4.3 组成调整方法组成的调整基本上是根据经验或实验方法来进行的,按照需要的理化性质和工艺性能指标对其调整。为了避免成分波动过大引起玻璃成分不均匀产生缺陷,成分调整必须分次逐步进行,不能一步到位。4.3.1 加入法在原有的成分中加入少量的另一种成分,使其性能发生改变。这种方法常为经验型配方人员所采用,他们不是加入一种成分,而是一种原料,来达到改善产品性能的目的。4.3.2 置换法以等量的一种成分代替另一种成分,以达到要求的性能指标,这种方法在生产实际中应用广泛。$X=k@$p(9)式中,$X为性质变化值;K为系数(可通过文献或实验总计得到);$p为成分调整量(质量分数)。5 结 语虽然实用玻璃组成比较复杂,玻璃结构尚需深入研究,根据性质要求进行组成设计还存在困难,但已有的科研成果和文献,对配方组成设计的实现提供了可能。干福熹院士、部分科研院所及高校、很多制造型企业都有了计算机组成优化设计的典范。同时配方组成设计工作已经逐渐为越来越多的企业所重视和接受,很多出口产品的质量要求中就明确提出了对玻璃性质的要求。玻璃组成设计对改进产品性能、开发新产品都有着深远的意义。参考文献[1] 西北轻工业学院主编.玻璃工艺学[M].北京:轻工业出版社,1982.[2] 王承遇.玻璃的成分设计与调整[J].玻璃与搪瓷,2004.[3] 作花济夫.玻璃手册[M].蒋国栋,等译.北京:中国建筑工业出版社,1994.[4] 干福熹.无机玻璃性质计算和成分设计[M].上海:上海科技出版社,1981.[5] 闫 旭.最新玻璃成分改组工艺配方及性能分析检测与缺陷分析处理实用手册[M].北京:北方工业出版社,2006.

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玻璃配方计算和配合料制备.

玻璃配方计算和配合料制备.

实验三 玻璃配方计算和配合料制备

1 目的意义

1.1 意义

配方计算是根据原料化学成分和所制备的玻璃成分等计算各种原料的需要料。配合料制备就是按照配方配制并加工原料，使之符合材料高温烧制要求。

配方计算和配合料制备是玻璃乃至各种无机非金属材料新品种研制和生产必不可少的工艺过程。配方计算也是对后续玻璃熔制工艺参数的预测，配合料制备则直接影响玻璃的熔制效果和成品性能。

1.2 目的

(1) 进一步掌握配方计算的方法；

(2) 初步掌握配合料的制备方法和步骤；

(3) 了解影响配合料均一性的因素。

2 实验原理

2.1 玻璃成分的设计

首先，要确定玻璃的物理化学性质及工艺性能，并依此选择能形成玻璃的氧化物系统，确定决定玻璃主要性质的氧化物，然后确定各氧化物的含量。玻璃系统一般为三组分或四组分，其主要氧化物的总量往往要达到90％(质量)。此外，为了改善玻璃某些性能还要适当加人一些既不使玻璃的主要性质变坏而同时使玻璃具有其他必要性质的氧化物。因此，大部分工业玻璃都是五六个组分以上。

相图和玻璃形成区域图可作为确定玻璃成分的依据或参考。在应用相图时，如果查阅三元相图，为使玻璃有较小的析晶倾向，或使玻璃的熔制温度降低，成分上就应当趋向于取多组分，应选取的成分应尽量接近相图的共熔点或相界线。在应用玻璃形成区域图时，应当选择离开析晶区与玻璃形成区分界线较远的组成点，使成分具有较低的析晶倾向。

为使设计的玻璃成分能在工艺实践中实施，即能进行熔制、成型等工序，必须要加入一定量的促进熔制，调整料性的氧化物。这些氧化物用量不多，但工艺上却不可少。同时还要考虑选用适当的澄清剂。在制造有色玻璃时，还须考虑基础玻璃对着色的影响。

以上各点是相互联系的，设计时要综合考虑。当然，要确定一种优良配方不是一件简单的工作，实际上，为成功地设计一种具有实用意义，符合预定物化性质和工艺性能的玻璃成分，必须经过多次熔制实践和性能测定，对成分进行多次校正。

化工产品生产配方设计控制管理规定

化工产品生产配方设计控制管理规定

**化工产品生产配方设计控制管理规定

1、 目的

对配方设计的全过程进行控制，确保产品能满足顾客的需求和期望及有关法律、法规要求。

2、 范围

本程序适用本公司对**化工产品生产新产品的工艺配方设计、开发及**化工产品生产原有产品特性改变的配方改进设计。

3、 引用文件

《记录控制程序》

《生产工艺配方管理制度》

4、 职责

本规定由**化工产品生产技术部归口实施，由**化工产品生产部、市场营运部等部门配合实施。公司生产技术部技术管理负责监督检查实施情况。

5、 工作程序

5.1 **化工产品生产产品配方设计开发包括：

a） 开发**化工产品生产原有产品外的产品为新产品设计开发；

b） 引起**化工产品生产原有产品特性改变的配方设计改进。

5.2 产品配方设计需求信息的确定及设计立项

5.2.1 产品设计需求信息主要来源于以下三个方面：

a） 销售部：销售人员获得的顾客需要新产品信息。

b） **化工产品生产技术部：技术部售后服务人员经市场调查得到的市场需求新产品信息。

c） 公司内部：内部管理要求如为了降低成本目的改进产品的特性。

5.2.2 以上信息分别经相应部门主管确认同意后，经**化工产品生产技术部汇总和召集相关人员评审，提出产品配方开发立项计划。

5.2.3 **化工产品生产技术部主管根据上述需求信息分析权衡后，提出产品开发立项需求，说明拟开发产品的名称、用途、市场前景、经济效益、开发周期、投入资源和开发数量等，填写“新产品开发设计立项报告”，并确定开发阶段中相关部门的职责和设计负责人以及完成期限，经总经理批准后正式立项开发。

5.3 输入控制：

**化工产品生产技术部配方设计人员根据批准的“新产品开发设计立项报告”的信息编制“设计计划书”，计划书应注明要开发产品的功能要求、用途、用户工艺条件、预期的物性指标范围和可供参考的老产品名称及其相关法律法规要求。“设计计划书”编制后须经总工程师审核，总经理批准后实施。

牙膏配方设计中的成本管理

牙膏配方设计中的成本管理

２８　口腔护理用品工业　０ＲＡＬ　ＣＡＲＥ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　第二十五卷第二册　２０１５年４月　

牙膏配方设计中的成本管理　

游发禄　

（柳州两面针股份有限公司５４５００１）　

摘要：分析了牙膏常用原料的价格波动因素，以及价格波动范围。将成芩管理融　入到牙膏研发全过程，特别是在配方设计阶段，通过设计好若干个备用原料配方，从牙　膏成本的源头上控制好。财务部与技术部，紧密配合，将原料价格信息及时用成本管理　软件或计算公式进行核算，从而选择成本最低的原料配方，规避原料价格上涨所带来的　成本上升风险。　关键词：配方设计成本管理价格　

科斯１９９０年预言，在企业内部会计系统替代了　市场价格机制，而且会计系统的效率高于市场价格　

机制的效率，是组织成本低于市场交易成本的原因，　并决定着企业对市场的替代…。牙膏行业是国内　较早进入市场经济的行业，发展至今，牙膏价格已经　

成为核心竞争力之一。如何在保证牙膏质量的同　时，将牙膏配方成本控制在最经济的范围内，将是产　品研发、配方设计的长期任务。财务部和技术部密　

切配合，财务思维充分融人技术研发过程，通过牙膏　配方设计来降低成本。将来，牙膏市场的竞争，就是　

牙膏技术人员的竞争，每支牙膏技术含量的竞　争　。　

１　牙膏主要原料及价格波动　

１．１保湿剂　牙膏常用保湿剂有山梨醇、丙二醇、甘油等。国　内山梨醇价格主要受两个因素的影响　Ｊ，一个是主　

原料玉米市场行情的影响，另一个是主要下游产品　

ＶＣ市场行情的影响，市场价格在２．７元／公斤～４．４　

元／公斤之间波动。丙二醇相对稳定一些，通过查询　阿里巴巴价格，结果显示２０１３年１月２１日至２０１４　

年１月２１日，丙二醇价格在元９．２０／公斤一１Ｏ．０６　公斤之间波动。在欧洲，当地针对生物柴油燃料　（也就是从植物油中提取柴油燃料）的开发活动方　兴未艾，由此产生了大量的副产品（粗甘油）。而在　

东南亚，粗甘油则是油脂化工行业在将棕榈油或椰　子油转化成为化学饲料过程中的一种副产品。将这　些粗甘油提炼，即可变成精甘油，可应用于牙膏等行　

钢化玻璃油墨的配方设计

钢化玻璃油墨的配方设计

钢化玻璃油墨的配方设计

玻璃网印油墨的配方设计

玻璃是化学性质稳定的无机材料，表面光滑坚硬，与普通的合成树脂类有机印墨结合力不强，而且多数为透明制品，表面上不能有印墨的斑点。因此， 网版的印刷最为适合。能够被网版印刷的硅酸盐玻璃制品表面进行网版印刷的方式主要是图案装饰、刻度文字等， 在硅酸盐玻璃制品(一般为板玻璃与瓶玻璃)表面进行网版印刷所使用的油墨称为玻璃油墨。 这里着重介给玻璃网印油墨的组成部分与制备及网印使用要注意的事项。首先玻璃网印油墨主要由三种成分组成：调墨油、玻璃基釉和着色剂。

成分之一：调墨油

玻璃网印油墨(玻璃色釉)的调墨油，也叫刮板油(连接料)，它的主要成分为各种合成树脂油或天然树脂油及高沸点有机溶剂，在玻璃网版印刷油墨配方中的作用主要是将粉状的玻璃色釉及色粉颜料混合成糊状以便于网版印刷。印花油在玻璃网印油墨配方中用量有一定的控制性考究数据，应根据配方体系的各物料性质适当使用，为使网版印刷易于进行，并且在网版印刷后玻璃表面不出现线条繁乱的现象，必须尽量少地使用调墨油。玻璃网印油墨(玻璃油墨)的连接料油通常选用松节油、松油醇、松香、乳香、乙基纤维素等作配方用料，玻璃网印油墨制备配方中调墨油的作用不仅为在网版印刷过程中能将玻璃色釉粉末调成糊状以便印刷，而且还能借助其黏性将玻璃色釉粉末暂时性的黏附于平滑的玻璃制品表面，而在高温烤花(烧制)过程中它本身又必须全部挥发燃烧掉， 从而使油墨配方中的玻璃色釉粉末熔结于玻璃制品的表面，形成色彩斑斓的网印图案与文字。这些具有黏附性的印花油不但要求其与玻璃色釉粉末混合时应有较好的润湿性，而且还应具有一定的干燥速度及黏度，能够使印刷形成的墨膜具有一定的厚度和强度。

成分之二：玻璃基釉

一般的网版印刷使用的玻璃釉料，市场已有供应。特殊性的玻璃釉料，如特殊色调的釉料、特薄玻璃器具的网印釉料， 以及防酸、蒙砂(磨砂状装饰)的釉料要根据实践使用效果自行配制。我们制备玻璃网印油墨的基釉一般是用属于硅一铅一硼系统氧化物的低熔点的玻璃粉末，这些玻璃粉末一般为低温下耐水性良好的氧化铅和氧化硼、抗酸性氧化钛、抗碱性氧化锆等；使用它们来制备玻璃基釉的方法：把上述性质的原料放入坩埚中高温熔化，然后使其流入水中，破碎成玻璃碎片即得玻璃基釉。玻璃基釉最重要的性能就是熔于玻璃表面时的温度和热膨胀系数与玻璃要相近或差距不要太大，根据印刷玻璃制品的膨胀系数及软化温度等性质来考虑选用低熔点的玻璃粉末的硅一铅一硼比例组成，一般是通过调节玻璃粉末中的硅一铅一硼比例组成使得其熔化温度接近或低于印刷玻璃制品的软化温度；通过往玻璃网印油墨的基釉中添加硅酸、氧化锌、氧化铝、氧化锂等物质，以提高玻璃基釉的热膨胀系数；这样就会在对玻璃制品表面网印图案与文字后的烤花过程中，当图案与文字色釉粉末达到熔化状态时，玻璃制品的表面只不过是刚刚开始软化，此时就会有一部分巳熔化的网印后的图案与文字色釉扩散渗透到玻璃制品的表面，形成一层很薄的中间层， 图案与文字色釉便与玻璃制品牢固地熔结在一起了。高温(500～600)℃及60～80min的烤花处理后的图案与文字色釉经过在玻璃制品表面的高温熔融再冷却，变得平滑，色彩鲜艳并富有光泽。